JP4608906B2 - ベルレス高炉の原料装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、装入シュートを旋回させて原料の装入を行うベルレス高炉における原料の装入方法に関する。

ベルレス高炉は、炉頂の原料装入装置としてベルレス式装入装置を有する。

ベルレス式装入装置は、その概要を図４に示すように、炉頂に設置した炉頂バンカ４に保持された鉄鉱石、副原料等の鉱石類と、コークスを原料として、装入シュート９を介して炉内の炉頂部へ装入する装置である。装入シュート９は、炉中心を軸として水平方向に旋回するとともに、その傾動角θが変更可能とされている。そして、これらの動きを組み合わせることで、炉内の円周方向と半径方向に自在に原料を装入することができるようにされている。

ここで、炉頂バンカ４には、上部シール弁５と下部シール弁７が設けられており、ベルレス高炉１の炉内圧が維持できるようにされている。また、炉頂バンカ４の下部には、流調ゲート６が配設され、その開によって炉内への原料の装入を行う。装入された原料は、ダクト8aを介して集合ホッパ８に至り、装入シュート９で炉内の堆積面３上に所定のパターンとなるように堆積される。なお、9aは、装入シュート９から装入される原料の流れを示している。

流調ゲート６は、ＦＣＧ（Flow Control Gate）とも略称され、図５に模式的に示すように、自在に開度を調整できるように構成され、原料の流れを自在にコントロールすることが可能である。そして、設定された所定の開度でゲートを開け、炉頂バンカ４の原料を、ダクト8aを介して集合ホッパ８（図４参照）に落下移送する設備である。

但し、ベルレス高炉の原料装入において、流調ゲートの開度は、炉頂バンカ４の原料の種類や装入する時間に応じてあらかじめ設定されており、原料の装入に際しては、流調ゲートをその所定の開度に開いて一定流量での装入を実施する。すなわち、バッチ内の処理においては、流調ゲートは単純に開もしくは閉とされるのみである。

このようなベルレス式装入装置を用いたベルレス高炉の原料装入方法では、離散的に設定された装入シュートの傾動角にノッチ番号を対応させ、装入を開始してから装入シュートが１旋回するごとのノッチ番号を定めた装入パターンを予め決めておき、原料を装入するに際して、所定の装入パターンで原料を装入することで、毎回同じ位置に同じ量の原料が装入できるように管理することを可能としている。

ところで、近年、ベルレス高炉では操業弾力性の拡大が求められ、広範囲の還元材比（銑鉄１ｔ当たりに使用する還元材の質量で示す。）、出銑比（１日に生産される銑鉄質量を炉内容積で除した数値であり、大きいほど生産性が高いことを示す。）での操業が行われるようになってきている。

このような操業のためには、炉内の原料分布とガス流分布との関係について十分に理解し、様々な操業目標に対して最適な操業条件を決定することが必要であるが、それと同時に、それらの操業条件の実施を可能にする設備技術の向上が必要となる。

例えば、特許文献１には、ベルレス高炉内の通気抵抗を軽減する目的で実施されるコークスの中心装入にあたり、装入シュートの傾動角として、従来設定されることのなかったほぼ０度の角度、つまりほぼ垂直に立てた状態とすることを可能として、コークスを炉中心に装入するベルレス高炉におけるコークス装入方法が提案されている。

特許文献１では、コークスを中心装入する方法として、コークスの一部を中心装入用のコークスの別バッチとして秤量して別の炉頂バンカに準備しておき、１バッチ分のコークス装入が終了した後に、引き続き、その別バッチとしたコークスを中心装入するものである。そのため、本来１バッチ分のコークスの装入を２回のバッチに分けて装入することになり、その分装入に時間が掛かることになる。

但し、特許文献１の方法では、１バッチ分のコークスの装入が終了した後に、次のバッチとしてコークスの中心装入を行うが、その際、装入シュートを待機位置へ戻すことなく、そのまま装入シュートの傾動角をほぼ０度として垂直にすることで、コークスの通常の装入から中心装入までの時間を短縮することができるという特徴を有する。

次に、特許文献２には、２つの炉頂バンカにそれぞれ保持された鉱石類とコークスを同時に装入することにより、炉内に鉱石類−コークス混合層を装入形成せしめる技術が開示されている。

炉内に鉱石類−コークス混合層を形成することは、炉内での鉱石溶融時の圧力損失を軽減し、ベルレス高炉操業の安定に繋がるものと期待されている。しかしながら、実際には、炉内全体において鉱石類とコークスの混合率を均一にすることは難しく、やはり、炉中心部にコークスを中心装入して炉内の通気性を確保することが効果的であるとされており、そのようにすることが、ベルレス高炉内のガス流を安定として、安定操業に繋がるものとされている。
特開平06-73416号公報 特開昭61-243107号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、1バッチ分のコークスを２バッチに分けて秤量を行い、別の炉頂バンカヘ保持して装入シーケンスを進めるという操作を行うため、炉頂バンカへの装入に際して、コークス槽から秤量ホッパを経て炉頂へ輸送し、炉頂バンカ内の均排圧を行うといった一連の工程が２バッチ分必要となり、これらに要する時間を短縮することはできない。従って、ベルレス高炉の生産量を増加させようとしても、これらの工程に要する時間が律速となってしまい、生産能力が限定されてしまう。

また、特許文献２に記載のような混合装入を行う操業においてコークスの中心装入を行う場合、別途に秤量した中心装入用のコークスのバッチを作り、これを炉頂バンカから装入する操作が必要となる。そのため、バッチの増加する分だけ原料装入に要する時間が増加するため生産能力の低下が生じてしまう。

本発明は、以上の課題を解決し、ベルレス高炉における種々の操業条件での操業を可能とし、かつ原料装入に必要となる時間を減少させて、生産能力の向上を達成することを目的とするものである。

本発明は、下記の各項記載のベルレス高炉の原料装入方法を採用することで上記課題を解決した。
(1)炉頂バンカの一つに保持された鉱石類と、他の炉頂バンカに保持されたコークスとを、所定の装入パターンで炉内へ同時に混合装入する1バッチ分の装入処理を行うに際し、まず、前記の炉頂バンカに設けてなるすべての流調ゲートを閉止した状態で、装入シュートを傾動して炉中心近傍に向けておき、次に、コークスを保持する炉頂バンカに設けてなる流調ゲートを開いてコークスの炉内への中心装入を行い、その後、当該流調ゲートを一時閉止して前記装入シュートを傾動させ、その傾動角が所定の装入パターンの開始位置となる角度に傾動させた後に、鉱石類を保持する炉頂バンカとコークスを保持する炉頂バンカのそれぞれに設けてなる流調ゲートを同時に開いて、鉱石類とコークスの混合装入を行うことを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。

本発明の実施により、従来２バッチに分割していたベルレス高炉の原料装入を1バッチで行うことが可能となり、装入工程を簡略化することで生産性を向上できる。

本発明のベルレス高炉の原料装入方法では、炉頂バンカに保持された1バッチ分の原料、特にコークスを炉内へ装入する間に、少なくとも１回は流調ゲートを閉止することを特徴とするものである。

具体的には、例えば図1aに示すダイヤグラムのように、バッチ装入開始の時点において、流調ゲートをある開度で開放して装入を開始し、装入シュートが所定の回数だけ旋回したＸ旋回目で一旦流調ゲートを閉止し、その後さらに所定の回数装入シュートが旋回したＹ旋回目から、再度流調ゲートを開く、という操作を行う。

このような装入を行うことで、Ｘ旋回目からＹ旋回目に至るまでは原料の装入を停止することができ、その間に装入シュートの傾動角を変更し、コークスの中心装入を行うために、装入シュートを傾動して炉中心近傍に向けるようにすることができる。

一方、本発明のベルレス高炉の原料装入方法を適用しない従来の場合は、図1bに示すダイヤグラムのように、コークスの装入に際し、通常の１バッチ分の装入を行い、次に、中心装入のための別のバッチ装入を引き続いて行うことになる。

また、本発明を実施する別形態としてのベルレス高炉の原料装入方法では、２つの炉頂バンカにそれぞれ保持された鉱石類とコークスを同時に炉内へ装入する混合装入を行うことにより炉内に鉱石類−コークス混合層を形成せしめるに際し、まず、炉頂バンカに設けたすべての流調ゲートを閉止した状態で、装入シュートを傾動して炉中心近傍に向けておき、次に、コークスを保持する炉頂バンカに設けた流調ゲートを開いてコークスの炉内への中心装入を行う。その後、コークスを保持する炉頂バンカの流調ゲートを一時閉止して装入シュートを傾動させ、その傾動角が所定の装入パターンの開始位置となる角度に傾動させた後に、鉱石類を保持する炉頂バンカとコークスを保持する炉頂バンカのそれぞれに設けた流調ゲートを同時に開いて、鉱石類とコークスの混合装入を行うようにするものである。

こうすることで、中心装入用のコークスのバッチを別バッチとして炉頂バンカに保持することなく、中心装入用のコークスの堆積と、鉱石類−コークスの混合装入とを行うことが可能となる。すなわち、本発明によって、中心装入を行うコークスを別バッチとして炉頂バンカに保持するための秤量や均排圧の工程等を行うことが不要となり、原料装入にかかる時間の低減が可能となるため、生産能力の向上に寄与できる。また、コークスの中心装入をあらかじめ行っていることから、混合装入での炉内の通気性の確保をさらに効果的に行うことができる。

ところで、コークスの中心装入を行うに際しては、装入シュートを真下方向の炉中心近傍に向けて装入を行い、コークスを堆積させるが、具体的には、その装入シュートの傾動角θを炉中心下方から５度以内に設定することを好適とする。５度以内であれば、中心装入を行って堆積したコークスによって炉内の通気性を十分に確保できるからである。

まず、一例として、コークス装入を行うに際し、通常装入と中心装入を行う場合について、図２に基づいて以下に具体的に説明する。図２は、ベルレス高炉の炉頂の堆積面を上から見て、装入シュートで装入した原料の堆積面上の落下点の軌跡を示している。

図２（ａ）は、通常装入と中心装入を別バッチで行う従来の装入方法での軌跡を示している（従来例１）。すなわち、１バッチ分の装入により、通常装入における原料の落下点の軌跡11が形成されてコークスの装入が行われ、別バッチとした中心装入で、中心装入における原料の落下点の軌跡12が形成される。そのため、バッチの増加する分だけ原料装入に要する時間が増加する。

この問題を解決するために、あらかじめ、通常装入用と中心装入用のコークスを1つの炉頂バンカに１バッチ分として準備し、１バッチで装入すればよいが、そうすると、図２（ｂ）に示すように、通常装入から中心装入に移行する際に、装入シュートの傾動角を変更している間にもコークスの装入が行われ、その結果、炉内には、らせん状のコークス装入が行われてしまい、らせん状の落下点の軌跡13が残されることになる（比較例１）。

このことは、炉の半径方向において、炉中心部と炉壁の中間にあたる部分でのコ一クス堆積量が変動することを意味しており、ベルレス高炉内のガス流分布が炉の半径方向で不均一になり、高炉操業が不安定になる要因となる。

これに対して、本発明のベルレス高炉の原料装入方法を適用することで、通常装入分のコークス装入を完了した時点で流調ゲートを閉止し、その後装入シュートの傾動角を炉中心近傍に変更してから、再度流調ゲートを開くようにする。その結果、図２（ｃ）に示すように、１バッチ内での処理を行っているにもかかわらず、らせん状の落下点の軌跡が残されることもなくなる（本発明例１）。すなわち、本発明のベルレス高炉の原料装入方法では、別バッチ処理とした図２（ａ）の軌跡と同じ軌跡でのコークスの堆積を１バッチ内の処理で行うことが可能となり、炉内でのコークスの装入状態を炉半径方向で均一にして高炉操業を安定化させ、かつコークスの装入時間を短縮して生産性を向上することができる。

なお、流調ゲートの閉止を１回に限定せず、流調ゲートの開閉を複数回繰返すことによって、炉頂バンカの切替えなしに、同一バッチ内で炉内堆積面上の離れた位置への原料装入を自在に実施することができるようになる。

また、本発明のベルレス高炉の原料装入方法を適用するに際しては、装入シュートを旋回させる装入パターンの設定において、流調ゲートを一時閉止して、装入シュートの傾動角を変更した後、装入を再開する前に、ダミーで数回の装入シュートの旋回を行うように設定しておくことで、らせん装入を完全に防止することができる。

本実施例１においては炉内容積5150ｍ³の高炉を使用した。従来例１では、別バッチ装入のために、バッチ切替えで60秒程度を要していたが、本発明例１では、装入シュート移動時間のみの10〜20秒程度に短縮することができた。また、比較例１では、１バッチ分38ｔのコークスの内２〜３ｔのコークスが、らせん装入されていたが、本発明例ではゼロにすることができた。

次に、鉱石類とコークスの混合装入を行う際に本発明を適用する具体例について、図３に基づいて説明する。図３は、図２と同様に、ベルレス高炉の炉頂の堆積面を上から見て、装入シュートで装入した原料の堆積面上の落下点の軌跡を示している。

鉱石類とコークスの混合装入を行う場合には、鉱石類とコークスを別の炉頂バンカに保持させる。また、従来は、中心装入用のコークスをさらに別の炉頂バンカに用意する必要があり、コークスの中心装入を混合装入の前に行って、あらかじめ炉中心部に中心装入のコークス層を形成しておく必要がある。

図３（ａ）は、混合装入において、コークスの中心装入と、鉱石類とコークスの混合装入を別バッチで行う従来の装入方法での軌跡を示している（従来例２）。すなわち、まず、１バッチ分の中心装入により、コークスが中心装入されて落下点の軌跡15が形成され、次に、別バッチでの混合装入における原料の落下点の軌跡14が形成されることになる。そのため、バッチの増加する分だけ原料装入に要する時間が増加する。

この問題を解決するために、あらかじめ、中心装入用と混合装入用のコークスを1つの炉頂バンカに１バッチ分として準備し、まず、コークスの中心装入を行うようにして、次に、残りの１バッチで混合装入すればよい。しかしながら、そうすると、図３（ｂ）に示すように、中心装入から混合装入に移行する際の、装入シュートの傾動角を変更している間にもコークスの装入が行われ、その結果、炉内には、らせん状のコークス装入が行われてしまい、らせん状の落下点の軌跡16が残されることになる（比較例２）。

このことは、炉の半径方向において、炉中心部と炉壁の中間にあたる部分でのコ一クス堆積量が変動することを意味しており、ベルレス高炉内のガス流分布が炉の半径方向で不均一になり、高炉操業が不安定になる要因となる。

これに対して、本発明のベルレス高炉の原料装入方法を適用することで、中心装入としてのコークス装入を完了した時点で流調ゲートを閉止し、その後装入シュートの傾動角を炉中心近傍から、その傾動角が所定の装入パターンの開始位置となる角度に傾動させた後に、鉱石類を保持する炉頂バンカとコークスを保持する炉頂バンカのそれぞれに設けた流調ゲートを同時に開いて、鉱石類とコークスの混合装入を行うようにする。その結果、図３（ｃ）に示すように、１バッチでの処理を行っているにもかかわらず、らせん状の落下点の軌跡が残されることもなくなる（本発明例２）。すなわち、本発明のベルレス高炉の原料装入方法では、別バッチ処理とした図３（ａ）の軌跡と同じ軌跡でのコークスの堆積を１バッチの処理で行うことができ、炉内でのコークスの装入状態を炉半径方向で均一として高炉操業を安定化させ、かつコークスの装入時間を短縮して生産性を向上することができる。

本実施例２においても炉内容積5150ｍ³の高炉を使用した。従来例２では、別バッチ装入のために、バッチ切替えで60秒程度を要していたが、本発明例２では、装入シュート移動時間のみの10〜20秒程度に短縮することができた。また、比較例２では、１バッチ分38ｔのコークスの内２〜３ｔのコークスが、らせん装入されていたが、本発明例ではゼロにすることができた。

本発明の原料装入方法における流調ゲートの開度のパターンを示すダイヤグラムである。 従来の原料装入方法における流調ゲートの開度のパターンを示すダイヤグラムである。 本発明の原料装入方法（本発明例１）を、従来の原料装入方法（従来例１）と比較のための原料装入方法（比較例１）と対比して示す模式図である。 本発明の別の原料装入方法（本発明例２）を、従来の原料装入方法（従来例２）と比較のための原料装入方法（比較例２）と対比して示す模式図である。 ベルレス高炉のベルレス式装入装置の構成を示す断面模式図である。 流調ゲートについて説明する断面模式図である。

符号の説明

１ ベルレス高炉
２ 炉壁
３ 堆積面
４ 炉頂バンカ
５ 上部シール弁
６ 流調ゲート（ＦＣＧ：Flow Control Gate）
７ 下部シール弁
８ 集合ホッパ
8a ダクト
９ 装入シュート
9a 原料の流れ
11、14 通常装入における原料の落下点の軌跡
12、15 中心装入における原料の落下点の軌跡
13、16 らせん状の落下点の軌跡
θ （装入シュートの）傾動角

Claims (1)

1. 炉頂バンカの一つに保持された鉱石類と、他の炉頂バンカに保持されたコークスとを、所定の装入パターンで炉内へ同時に混合装入する１バッチ分の装入処理を行うに際し、
   まず、前記の炉頂バンカに設けてなるすべての流調ゲートを閉止した状態で、装入シュートを傾動して炉中心近傍に向けておき、
   次に、コークスを保持する炉頂バンカに設けてなる流調ゲートを開いてコークスの炉内への中心装入を行い、
   その後、当該流調ゲートを一時閉止して前記装入シュートを傾動させ、その傾動角が所定の装入パターンの開始位置となる角度に傾動させた後に、
   鉱石類を保持する炉頂バンカとコークスを保持する炉頂バンカのそれぞれに設けてなる流調ゲートを同時に開いて、鉱石類とコークスの混合装入を行うことを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。

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